CN102306794A - 锌空电池的锌电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锌空电池的锌电极，由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂0.5～5、电解液40～70、微晶纤维素0.1～0.5。所述电解液100ml中KOH含量35g～50g、四烷基氢氧化铵0.3g～1.5g、十二烷基苯磺酸钠0.5g～2.5g，Zn的化合物0g～1.5g、K2CO30g～15g，余量为蒸馏水。与现有技术相比，本发明能够更有效地抑制析氢、抑制锌枝晶的形成，抑制电极的钝化，更好的提高电极放电性能。
Description
技术领域
本发明涉及锌空电池，尤其涉及锌空电池的锌电极。
背景技术
锌空电池以金属锌为负极活性物质，空气中的氧气为正极活性物质，两活性物质在空气电极与电解液的界面处被空气电极的催化层所催化发生电化学反应而产生电能。锌空电池原材料丰富易得、放电性能稳定、能量密度高、成本低且对环境友好，用途广泛；然而由于其锌电极存在析氢、枝晶、形变等问题造成电池容量较低、电学性能欠佳等，影响了锌空电池商业化的步伐。
往锌电极中添加一定量的添加剂是改善锌电极电学性能的一个重要方法。在含有锌电极的电池中，通过利用汞将锌粒汞齐化而减缓锌腐蚀，随着社会对环境污染物含量的要求的日趋严格，汞的使用量得到了严格的控制，于是人们开始寻找其他抑制枝晶的形成、抑制ZnO的生成、抑制腐蚀、防止钝化、改善Zn的可逆性从而提高电池的性能和使用寿命的各种方法。有在锌粉中添加或混合Pb、Bi、Ca和Al元素，通过这些微量元素在电极内部孔道上的溶解-沉淀并积聚，提高了电极表面及内部的活性；也有在电极中加入无机和/或有机缓蚀剂来减缓锌电极的析氢量、增加锌电极的导电性，提高锌电极的放电容量；然而这些方法效果还不够理想。
发明内容
本发明的目的就是为了克服锌电极存在析氢、枝晶、形变等问题造成电池容量衰减快、电学性能欠佳以及现有通过添加Pb、Bi、Ca和Al元素或是加入无机和/或有机缓蚀剂等方法来增强电极放电容量的效果不够理想等缺陷而提供一种能够更有效地抑制析氢、抑制锌枝晶的形成，抑制电极的钝化，更好的提高电极放电性能的锌空电池的锌电极。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锌空电池的锌电极，由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂0.5～5、电解液40～70、微晶纤维素0.1～0.5。
优选的，所述电解液100ml中KOH含量35g～50g、四烷基氢氧化铵0.3g～1.5g、十二烷基苯磺酸钠0.5g～2.5g，Zn的化合物0g～1.5g、K2CO3 0g～15g，余量为蒸馏水。
更优选，所述电解液100ml中KOH含量50g、四烷基氢氧化铵1.0g、十二烷基苯磺酸钠2.0g，Zn的化合物0.9g、K2CO3 12g，余量为蒸馏水。
优选的，所述Zn的化合物为ZnO、Zn(OH)2、Zn2CO3中的一种或几种的混合物。
优选的，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC、聚乙稀酸PVA、聚四氟乙烯PTFE、聚环氧乙烷PEO、羟丙基甲基纤维素HPMC中的一种或几种混合而成。
优选的，所述锌粉粒度为80目～150目，比表面积为30～100㎡/g。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、通过添加四烷基氢氧化铵来抑制锌枝晶的形成，提高了锌的放电性能；且更清洁、安全。
2、锌电极表层吸收了添加的十二烷基苯磺酸钠，仍保持多孔结构，利于离子的扩散，抑制了电极的钝化，提高了电极的放电性能。
3、孔隙率与孔径的分布均对锌电极放电性能有所影响，通过添加微晶纤维素在电极内部建立离子通道，保证电解液到达反应场所，从而进一步提高了电极的放电性能。
附图说明
图1为四烷基氢氧化铵和十二烷基苯磺酸钠的不同添加量下锌空电池放电容量图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明中Zn的化合物为ZnO、Zn(OH)2、Zn2CO3中的一种或几种的混合物；粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC、聚乙稀酸PVA、聚四氟乙烯PTFE、聚环氧乙烷PEO、羟丙基甲基纤维素HPMC中的一种或几种混合而成。为实验对比效果需要，以下实施例中采用的Zn的化合物为ZnO，粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC。
实施例1
由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成锌电极，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂3.5、电解液60、微晶纤维素0.35。
所述电解液100ml中KOH含量50g、四烷基氢氧化铵1.0g、十二烷基苯磺酸钠2.0g，Zn的化合物0.9g、K2CO3 12g，余量为蒸馏水。
实施例2
由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成锌电极，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂3.5、电解液60、微晶纤维素0.35。
所述电解液100ml中KOH含量50g、四烷基氢氧化铵0.3g、十二烷基苯磺酸钠0.5g，Zn的化合物0.9g、K2CO3 12g，余量为蒸馏水。
实施例3
由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成锌电极，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂3.5、电解液60、微晶纤维素0.35。
所述电解液100ml中KOH含量50g、四烷基氢氧化铵1.5g、十二烷基苯磺酸钠2.5g，Zn的化合物0.9g、K2CO3 12g，余量为蒸馏水。
实施例4
由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成锌电极，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂3.5、电解液60、微晶纤维素0.35。
所述电解液100ml中KOH含量50g、Zn的化合物0.9g、K2CO3 12g，余量为蒸馏水。
实施例4为对比实施例，将上述实施例分别制得的的锌电极放入一个密封的装置中，并放置在60℃的环境下存放一个月测试其产生的气体量来进行析氢量的比较，如下表所示：
由上表可知：四烷基氢氧化铵1.0g、十二烷基苯磺酸钠2.0g时析氢量，由此可推断该条件下的锌电极放电性能也最佳，为进一步验证，将上述实施例分别制得的的锌电极与空气电极和隔膜组装成电池，其中空气电极由催化层、集流体和扩散层压制成型；催化层由碳材料、PTFE等粘结剂、催化剂等混合碾压制成；扩散层由碳材料、造孔剂、聚四氟乙烯等混合碾压制成；隔膜可以是水纤维素膜、聚丙烯接枝膜、聚乙烯醇膜等，在本发明中隔膜选用聚乙烯醇膜。将制得的5组电池在室温下以500mA进行容量放电，以比较添加四烷基氢氧化铵和十二烷基苯磺酸钠对锌空电池放电容量的影响，如图1所示。由图1可知：添加四烷基氢氧化铵和十二烷基苯磺酸钠后，电池的容量均有提升，其中以四烷基氢氧化铵1.0g、十二烷基苯磺酸钠2.0g时放电容量最佳。其原理在于：四烷基氢氧化铵抑制了析氢以及锌枝晶的形成，且锌电极表层吸收了添加的十二烷基苯磺酸钠，仍保持多孔结构，利于离子的扩散，从而抑制了电极的钝化，在这两者的共同作用下，更好的提高了锌电极的放电容量。
实施例5
由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成锌电极，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂0.5、电解液40、微晶纤维素0.1。
所述电解液100ml中KOH含量35g、四烷基氢氧化铵0.3g、十二烷基苯磺酸钠0.5g，Zn的化合物0g、K2CO3 0g，余量为蒸馏水。
实施例6
由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成锌电极，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂2、电解液50、微晶纤维素0.2。
所述电解液100ml中KOH含量40g、四烷基氢氧化铵0.8g、十二烷基苯磺酸钠1.5g，Zn的化合物0.5g、K2CO3 6g，余量为蒸馏水。
实施例7
由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成锌电极，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂5、电解液70、微晶纤维素0.5。
所述电解液100ml中KOH含量45g、四烷基氢氧化铵1.5g、十二烷基苯磺酸钠2.5g，Zn的化合物1.5g、K2CO3 15g，余量为蒸馏水。
同样将上述实施例5、6、7分别制得的的锌电极与空气电极和隔膜组装成电池，在室温下进行容量放电，放电倍率为5小时率，测得的放电容量数据如下表：
由表中数据可知，放电容量均较高，说明本发明组成的锌电极均有良好的提高电池放电容量的作用。
Claims (6)
1.一种锌空电池的锌电极，其特征在于：所述锌电极由锌粉、粘结剂、电解液和微晶纤维素按重量份配比参数混合搅拌制成，所述各成分的重量份为锌粉50、粘结剂0.5～5、电解液40～70、微晶纤维素0.1～0.5。
2.如权利要求1所述锌空电池的锌电极，其特征在于：所述电解液100ml中KOH含量35g～50g、四烷基氢氧化铵0.3g～1.5g、十二烷基苯磺酸钠0.5g～2.5g，Zn的化合物0g～1.5g、K2CO3 0g～15g，余量为蒸馏水。
3.如权利要求2所述锌空电池的锌电极，其特征在于：所述电解液100ml中KOH含量50g、四烷基氢氧化铵1.0g、十二烷基苯磺酸钠2.0g，Zn的化合物0.9g、K2CO3 12g，余量为蒸馏水。
4.如权利要求1至3中任一项所述锌空电池的锌电极，其特征在于：所述Zn的化合物为ZnO、Zn(OH)2、Zn2CO3中的一种或几种的混合物。
5.如权利要求1至3中任一项所述锌空电池的锌电极，其特征在于：所述粘结剂为羧甲基纤维素钠CMC、聚乙稀酸PVA、聚四氟乙烯PTFE、聚环氧乙烷PEO、羟丙基甲基纤维素HPMC中的一种或几种混合而成。
6.如权利要求1至3中任一项所述锌空电池的锌电极，其特征在于：所述锌粉粒度为80目～150目，比表面积为30～100㎡/g。
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